《雷達(dá)原理顯示器》課件

雷達(dá)原理顯示器了解雷達(dá)的基本功能和原理,學(xué)習(xí)使用雷達(dá)顯示器。掌握雷達(dá)信號(hào)的處理和顯示的關(guān)鍵技術(shù),為未來(lái)的雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用打下基礎(chǔ)。課程簡(jiǎn)介了解雷達(dá)原理本課程將深入探討雷達(dá)系統(tǒng)的組成和工作原理,涵蓋從電磁波到信號(hào)處理的各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。掌握顯示技術(shù)課程還將介紹雷達(dá)顯示器的工作機(jī)制,包括掃描模式、顯示管原理和相關(guān)電路設(shè)計(jì)。實(shí)際應(yīng)用案例結(jié)合航空、氣象和海洋等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用,深入了解雷達(dá)技術(shù)在實(shí)際場(chǎng)景中的表現(xiàn)。主要內(nèi)容雷達(dá)系統(tǒng)組成雷達(dá)系統(tǒng)由發(fā)射機(jī)、天線、接收機(jī)和信號(hào)處理等主要部分組成。每個(gè)部分都發(fā)揮著重要的作用,共同完成雷達(dá)的測(cè)距、測(cè)角和目標(biāo)探測(cè)等功能。雷達(dá)回波原理雷達(dá)回波是根據(jù)雷達(dá)方程和目標(biāo)物體的雷達(dá)截面積來(lái)計(jì)算的。雷達(dá)能夠探測(cè)到目標(biāo)物體并獲取其位置信息。顯示方式雷達(dá)采用A掃描、B掃描和PPI掃描等不同的顯示方式,以呈現(xiàn)目標(biāo)的距離、方位和高度等信息。顯示器組成雷達(dá)顯示器由顯示管、電子掃描系統(tǒng)和同步系統(tǒng)等部分組成,能夠?qū)⒗走_(dá)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像信息。雷達(dá)系統(tǒng)組成發(fā)射機(jī)雷達(dá)發(fā)射機(jī)負(fù)責(zé)產(chǎn)生高功率的電磁波信號(hào),將其傳輸?shù)教炀€上輻射出去。其核心部件包括振蕩器、功率放大器等。天線雷達(dá)天線負(fù)責(zé)將發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的電磁波信號(hào)輻射到空間,并接收從目標(biāo)物反射回來(lái)的回波信號(hào)。天線的設(shè)計(jì)直接影響雷達(dá)的性能。接收機(jī)雷達(dá)接收機(jī)負(fù)責(zé)捕獲目標(biāo)物反射回來(lái)的微弱回波信號(hào),并進(jìn)行放大、濾波等處理,為后續(xù)的信號(hào)處理提供輸入。發(fā)射機(jī)功能雷達(dá)發(fā)射機(jī)負(fù)責(zé)產(chǎn)生高頻電磁波并將其發(fā)射到天線，形成雷達(dá)信號(hào)。主要組成包括振蕩器、功率放大器、調(diào)制器等部件，確保信號(hào)能夠高功率發(fā)射。特點(diǎn)發(fā)射機(jī)需要快速切換工作模式,交替產(chǎn)生脈沖信號(hào)并發(fā)射,以實(shí)現(xiàn)雷達(dá)的探測(cè)功能。天線高端材料天線采用先進(jìn)的低損耗介質(zhì)材料,保證信號(hào)傳輸效率。靈活設(shè)計(jì)可根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景靈活調(diào)整天線的形狀和尺寸。精密制造通過(guò)精密的加工技術(shù),確保天線結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。接收機(jī)信號(hào)采集接收機(jī)負(fù)責(zé)捕捉從天線接收到的微弱雷達(dá)回波信號(hào)。它將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)并放大以便后續(xù)處理。信號(hào)整形接收機(jī)還會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、失真校正等處理,確保信號(hào)質(zhì)量滿足顯示所需要的要求。信號(hào)輸出處理后的信號(hào)被輸出到顯示單元,為操作員提供直觀的目標(biāo)信息。性能指標(biāo)接收機(jī)的靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍和噪聲水平等指標(biāo)直接影響雷達(dá)系統(tǒng)的性能表現(xiàn)。信號(hào)處理1信號(hào)放大雷達(dá)信號(hào)處理的第一步是通過(guò)放大電路增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度，提高信號(hào)質(zhì)量。2雜波抑制信號(hào)處理還需要通過(guò)濾波等方式去除環(huán)境噪聲和干擾，提高信號(hào)噪聲比。3目標(biāo)檢測(cè)經(jīng)過(guò)信號(hào)放大和雜波抑制后,雷達(dá)系統(tǒng)可以更準(zhǔn)確地檢測(cè)出目標(biāo)并分析其特征。4信號(hào)分析最后,信號(hào)處理系統(tǒng)能夠?qū)z測(cè)到的目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的分析和識(shí)別。雷達(dá)回波原理雷達(dá)方程雷達(dá)系統(tǒng)的射程和性能由雷達(dá)方程決定,包括功率、波長(zhǎng)、天線增益等因素。雷達(dá)截面積目標(biāo)的雷達(dá)截面積是決定回波強(qiáng)度的重要參數(shù),與目標(biāo)的形狀、材料等有關(guān)。雷達(dá)回波目標(biāo)會(huì)反射雷達(dá)信號(hào),產(chǎn)生可檢測(cè)的回波,從中可獲取目標(biāo)信息。雷達(dá)方程雷達(dá)方程雷達(dá)方程描述了接收到的回波信號(hào)強(qiáng)度與雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)和目標(biāo)特性之間的關(guān)系。它是確定雷達(dá)系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)。雷達(dá)截面積目標(biāo)的雷達(dá)截面積反映了目標(biāo)對(duì)入射電磁波的散射能力。它是雷達(dá)方程中的關(guān)鍵參數(shù)之一。雷達(dá)回波當(dāng)雷達(dá)發(fā)射的信號(hào)擊中目標(biāo)后,會(huì)產(chǎn)生反射回來(lái)的回波信號(hào)。回波信號(hào)的強(qiáng)度和相位包含了目標(biāo)的重要信息。雷達(dá)截面積定義雷達(dá)截面積是描述目標(biāo)對(duì)雷達(dá)信號(hào)的反射程度的參數(shù)。它反映了目標(biāo)對(duì)雷達(dá)信號(hào)的散射特性。影響因素雷達(dá)截面積受目標(biāo)的形狀、大小、材質(zhì)、雷達(dá)波長(zhǎng)以及入射角等多種因素的影響。重要性準(zhǔn)確測(cè)量和計(jì)算雷達(dá)截面積可以幫助預(yù)測(cè)目標(biāo)的探測(cè)距離和識(shí)別能力，是雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。雷達(dá)回波1雷達(dá)方程雷達(dá)方程描述了雷達(dá)檢測(cè)目標(biāo)的功率和距離關(guān)系，是理解雷達(dá)回波的基礎(chǔ)。2雷達(dá)截面積反射雷達(dá)波的目標(biāo)面積,決定了目標(biāo)的回波強(qiáng)度,是重要參數(shù)。3回波檢測(cè)根據(jù)回波信號(hào)的強(qiáng)度和傳播時(shí)間,雷達(dá)可以確定目標(biāo)的位置和距離。顯示方式A掃描A掃描以單一方向的線性掃描為基礎(chǔ),在水平軸上顯示目標(biāo)距離,垂直軸上顯示回波幅度。適用于測(cè)量目標(biāo)距離和識(shí)別目標(biāo)。B掃描B掃描以目標(biāo)仰角為縱軸,目標(biāo)距離為橫軸,生成二維圖像,可顯示目標(biāo)高度、方位等信息。通常用于航空雷達(dá)和軍事應(yīng)用。PPI掃描PPI掃描以目標(biāo)方位為橫軸,距離為徑向,以扇形顯示目標(biāo)分布情況。這種顯示方式廣泛應(yīng)用于民用氣象雷達(dá)和導(dǎo)航雷達(dá)。A掃描A掃描顯示A掃描顯示以時(shí)間為橫軸,回波信號(hào)強(qiáng)度為縱軸,直觀展示目標(biāo)距離和大小。這種簡(jiǎn)單直觀的顯示方式適用于雷達(dá)測(cè)距和測(cè)高等基本功能。A掃描原理A掃描借助水平掃描線和垂直信號(hào)增益,在顯示器上將目標(biāo)回波呈現(xiàn)為峰值信號(hào),顯示目標(biāo)的距離和強(qiáng)度。這種掃描方式應(yīng)用簡(jiǎn)單,但無(wú)法顯示目標(biāo)方位信息。A掃描應(yīng)用A掃描主要應(yīng)用于測(cè)距雷達(dá),如航空高度表和導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng),通過(guò)快速掃描獲取目標(biāo)距離信息。它是最基礎(chǔ)的雷達(dá)顯示方式之一。B掃描掃描模式B掃描顯示儀以豎直方向顯示目標(biāo)高度，水平方向顯示距離。這種模式可以清晰地顯示目標(biāo)的高度位置。應(yīng)用場(chǎng)景B掃描常用于航海雷達(dá)、氣象雷達(dá)等需要了解目標(biāo)高度信息的場(chǎng)合。比如航天器著陸時(shí)可使用B掃描監(jiān)測(cè)障礙物高度。PPI掃描全景顯示PPI(PolarPlanIndicator)掃描使用極坐標(biāo)系統(tǒng),在顯示器上呈現(xiàn)出整個(gè)雷達(dá)掃描范圍內(nèi)的目標(biāo)物體信息。直觀表達(dá)PPI掃描圖像直觀地表達(dá)了目標(biāo)的方位和距離,為觀察者提供了更清晰的雷達(dá)目標(biāo)環(huán)境。廣泛應(yīng)用PPI掃描在航空雷達(dá)、氣象雷達(dá)和海洋雷達(dá)等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,是最常見(jiàn)的雷達(dá)顯示方式之一。顯示器組成顯示管作為視覺(jué)顯示的核心部件,顯示管負(fù)責(zé)將電子信號(hào)轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光圖像。常見(jiàn)的顯示管包括陰極射線管和液晶顯示屏。電子掃描系統(tǒng)電子掃描系統(tǒng)控制電子束在顯示管上的移動(dòng),實(shí)現(xiàn)圖像的掃描顯示。包括水平和垂直掃描電路。同步系統(tǒng)同步系統(tǒng)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)掃描電路與雷達(dá)發(fā)射接收的時(shí)序,確保回波信號(hào)準(zhǔn)確呈現(xiàn)在顯示器上。顯示管陰極射線管陰極射線管是雷達(dá)顯示器的核心組件。它通過(guò)電子束掃描屏幕,可以將雷達(dá)回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成可視化圖像。電子槍電子槍負(fù)責(zé)產(chǎn)生和加速電子束,為顯示管的工作提供所需的電子流。精密控制電子槍可確保電子束的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。電子束掃描電子束沿水平和垂直方向有序掃描屏幕,根據(jù)回波信號(hào)的強(qiáng)弱在屏幕上形成圖像。掃描速度決定了顯示的刷新率和清晰度。電子掃描系統(tǒng)高速掃描電子掃描系統(tǒng)能夠以極高的速度和精度,沿水平和垂直方向?qū)﹄娮邮M(jìn)行靈活掃描,使雷達(dá)顯示器能夠快速刷新。動(dòng)態(tài)聚焦系統(tǒng)可以根據(jù)掃描位置動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電子束的聚焦?fàn)顟B(tài),確保整個(gè)顯示區(qū)域均保持清晰。同步控制電子掃描系統(tǒng)與雷達(dá)系統(tǒng)的其他部件精確同步,保證顯示內(nèi)容與雷達(dá)信號(hào)完全對(duì)應(yīng)。同步系統(tǒng)1水平同步負(fù)責(zé)將水平掃描線與顯示器水平掃描同步,確保橫向準(zhǔn)確定位。2垂直同步負(fù)責(zé)將垂直掃描線與顯示器垂直掃描同步,確?？v向準(zhǔn)確定位。3觸發(fā)同步利用發(fā)射脈沖觸發(fā)顯示器,使其與發(fā)射信號(hào)完全同步。顯示管原理陰極射線管陰極射線管是雷達(dá)顯示器的基礎(chǔ),它利用電子束掃描發(fā)光顯示靶面上的信息。電子束由電子槍產(chǎn)生,并通過(guò)定焦和偏轉(zhuǎn)電路控制。電子槍電子槍負(fù)責(zé)產(chǎn)生并加速電子束。電子束在加速電壓和電磁聚焦作用下形成細(xì)小而集中的電子束。電子束掃描水平和垂直同步電路控制電子束在熒光屏上進(jìn)行二維掃描,形成完整的圖像顯示。電子束掃描的路徑和頻率決定了顯示器的分辨率和刷新率。陰極射線管電子槍陰極射線管的核心部件是電子槍,它能夠生成高速電子束,為顯示器的成像提供電子源。電子束掃描電子束在電磁場(chǎng)的作用下,能夠在熒光屏上有規(guī)律地掃描,形成二維圖像。發(fā)光原理當(dāng)電子束轟擊熒光屏?xí)r,熒光物質(zhì)就會(huì)發(fā)出可見(jiàn)光,從而在屏幕上形成圖像。電子槍電子束生成電子槍利用熱電子發(fā)射原理產(chǎn)生電子束,由陰極加熱后釋放出自由電子。電子束聚焦電子槍使用焦點(diǎn)電極對(duì)電子束進(jìn)行聚焦,形成細(xì)小且密集的電子束。電子束加速加速電極給予電子束高電壓加速,使之獲得足夠的動(dòng)能以穿透目標(biāo)物質(zhì)。電子束掃描1發(fā)射電子電子槍產(chǎn)生高能電子束，并以高速在顯示管熒光屏上進(jìn)行高頻掃描。2掃描模式電子束沿水平和垂直方向有序地掃描整個(gè)熒光屏表面，形成二維圖像顯示。3控制方式掃描電路控制電子束的掃描速度、掃描范圍和同步信號(hào)，確保圖像穩(wěn)定顯示。放大電路增益控制通過(guò)調(diào)整放大電路的增益,可以確保回波信號(hào)的幅度保持在最佳范圍內(nèi),避免過(guò)大或過(guò)小。時(shí)間增益補(bǔ)償隨著距離的增加,回波信號(hào)會(huì)逐漸變?nèi)酢r(shí)間增益補(bǔ)償電路可以動(dòng)態(tài)調(diào)整放大增益,補(bǔ)償這一衰減效果。放大電路設(shè)計(jì)放大電路需要根據(jù)雷達(dá)系統(tǒng)的具體要求進(jìn)行專門設(shè)計(jì),確保其能夠高效、可靠地處理各種回波信號(hào)。增益控制動(dòng)態(tài)增益雷達(dá)信號(hào)處理中采用動(dòng)態(tài)增益控制,可根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)整放大系數(shù),確保強(qiáng)弱信號(hào)均能有效顯示。時(shí)間增益補(bǔ)償時(shí)間增益補(bǔ)償可抵消雷達(dá)回波隨距離衰減的影響,確保整個(gè)距離范圍內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度保持恒定。靈敏度控制靈敏度控制允許用戶手動(dòng)調(diào)節(jié)增益,以適應(yīng)不同環(huán)境條件和目標(biāo)特性,提高顯示效果。背景消除通過(guò)調(diào)整增益閾值,可有效消除背景雜波,突出目標(biāo)信號(hào),提高信號(hào)質(zhì)量。時(shí)間增益補(bǔ)償1遠(yuǎn)程目標(biāo)補(bǔ)償隨著目標(biāo)距離增加,回波信號(hào)會(huì)逐漸減弱,時(shí)間增益補(bǔ)償可以放大遠(yuǎn)程目標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度。2提高動(dòng)態(tài)范圍通過(guò)時(shí)間增益補(bǔ)償,能夠擴(kuò)大雷達(dá)的動(dòng)態(tài)范圍,同時(shí)檢測(cè)到遠(yuǎn)近目標(biāo)。3抑制雜波干擾時(shí)間增益補(bǔ)償可以有效抑制來(lái)自地面、海面等的雜波干擾,提高信號(hào)質(zhì)量。同步電路水平同步水平同步電路用于控制顯示器的水平掃描,確保每一行圖像信號(hào)正確地顯示在屏幕上。垂直同步垂直同步電路用于控制顯示器的垂直掃描,確保每一幀圖像信號(hào)依次正確地顯示在屏幕上。同步信號(hào)發(fā)生器同步信號(hào)發(fā)生器負(fù)責(zé)產(chǎn)生水平和垂直同步脈沖,以協(xié)調(diào)整個(gè)顯示系統(tǒng)的工作。水平同步水平同步信號(hào)水平同步信號(hào)是用來(lái)保證顯示器水平掃描線的均勻分布和定時(shí)的電子信號(hào)。同步分離將復(fù)合視頻信號(hào)中的水平同步脈沖分離出來(lái),以產(chǎn)生水平掃描的同步基準(zhǔn)。水平掃描電路根據(jù)水平同步信號(hào)驅(qū)動(dòng)水平掃描電路,產(chǎn)生水平掃描的鋸齒波電壓。垂直同步同步信號(hào)垂直同步信號(hào)用于控制顯示管的電子束在垂直方向上的掃描。它確保畫(huà)面能夠正確地顯示在顯示屏上。掃描周期垂直同步信號(hào)決定了電子束在垂直方向上的掃描周期。這個(gè)周期需要與顯示管的垂直偏轉(zhuǎn)頻率完全同步。波形特性垂直同步信號(hào)一般采用鋸齒波或梯形波形,確保電子束能夠從屏幕底部平滑地掃描到頂部。應(yīng)用場(chǎng)景垂直同步技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種雷達(dá)顯示系統(tǒng),確保回波信息能夠在顯示屏上準(zhǔn)確呈現(xiàn)。應(yīng)用案例航空雷達(dá)航空雷達(dá)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和跟蹤飛機(jī)動(dòng)態(tài),提供準(zhǔn)確的高度、速度和方向數(shù)據(jù),確保航空交通安全。氣象雷達(dá)氣象雷達(dá)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析天氣變化,如暴風(fēng)雨、降雨量等,為氣象預(yù)報(bào)提供準(zhǔn)確可靠的依據(jù)。海洋雷達(dá)海洋雷達(dá)可監(jiān)測(cè)海上船只動(dòng)態(tài),并提供波浪、風(fēng)向等海洋環(huán)境信息,確保海上交通安全和環(huán)境保護(hù)。航空雷達(dá)精準(zhǔn)定位航空雷達(dá)精確檢測(cè)飛機(jī)位置和軌跡,有助于確保飛行安全和優(yōu)化航路。天氣監(jiān)測(cè)航空雷達(dá)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)飛行區(qū)域的天氣情況,提供重要?dú)庀笮畔?增加飛行安全。導(dǎo)航支持航空雷達(dá)為飛機(jī)導(dǎo)航提供導(dǎo)航參考,幫助駕駛員規(guī)劃最佳航線。氣象雷達(dá)監(jiān)測(cè)天氣變化氣象雷達(dá)通過(guò)實(shí)時(shí)掃描天空,能檢測(cè)并追蹤雨云、風(fēng)暴等天氣系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化,為短期天氣預(yù)報(bào)提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。立體觀測(cè)能力氣象雷達(dá)可以提供三維立體圖像,包括對(duì)流云的高度、厚度、強(qiáng)度等信息,有助于預(yù)測(cè)暴雨、雷電等極端天氣。海洋雷達(dá)船只檢測(cè)海洋雷達(dá)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并跟蹤各類船只的位置和航跡,確保海上交通安全。海上氣象監(jiān)測(cè)海洋雷達(dá)可以觀測(cè)風(fēng)力、波浪、降雨等海上氣象條件,為船只航行提供重要數(shù)據(jù)支持。沿海監(jiān)測(cè)海洋雷達(dá)廣泛應(yīng)用于沿岸地區(qū),監(jiān)測(cè)海上交通、漁業(yè)活動(dòng)、海上突發(fā)事件等。發(fā)展趨勢(shì)1微型化隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，雷達(dá)顯示器正朝著小型化和集